JP2016191744A - Refractive index distribution type liquid crystal optical device and image display device - Google Patents

Refractive index distribution type liquid crystal optical device and image display device Download PDF

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亜矢子 高木
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Masako Kashiwagi
正子 柏木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refractive index distribution type liquid crystal optical device having high display quality, and to provide an image display device.SOLUTION: A refractive index distribution type liquid crystal optical device comprises: an optical element 101; and a control section. The optical element comprises: a first substrate 10 having a principal surface; a second substrate 20; a liquid crystal layer 30 provided between the principal surface of the first substrate and the second substrate; a plurality of first electrodes 11 provided between the principal surface of the first substrate and the liquid crystal layer and a plurality of second electrodes 12 provided among the plurality of first electrodes; and plural pairs of third electrodes 13 and plural pairs of fourth electrodes 14 provided between the second substrate and the liquid crystal layer. A pair of third electrodes is provided between a pair of fourth electrodes. When the fourth electrodes are projected on the principal surface, the fourth electrodes overlap with first mid-points of widths of the first electrodes in a first direction. When the plurality of second electrodes and the plural pairs of third electrodes are projected on the principal surface, each of the pair of the third electrodes overlaps with each of a pair of end portions possessed by one second electrode. The control section applies a voltage to each of the electrodes.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、屈折率分布型液晶光学装置および画像表示装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a gradient index liquid crystal optical device and an image display device.

液晶分子の複屈折性を利用し、電圧の印加に応じて屈折率の分布を変化させる液晶光学
装置が知られている。また、この液晶光学装置と表示素子とを組み合わせた、立体画像を
表示可能な画像表示装置がある。
There is known a liquid crystal optical device that utilizes the birefringence of liquid crystal molecules to change the refractive index distribution in response to application of a voltage. In addition, there is an image display device capable of displaying a stereoscopic image by combining the liquid crystal optical device and a display element.

この画像表示装置は、液晶光学装置の屈折率の分布を変化させることで、表示素子に表
示された画像をそのまま観察者の眼に入射させたり、複数の視差画像にして観察者の眼に
入射させたりすることができる。すなわち、この画像表示装置は、二次元表示と三次元画
像表示とを切り替えることができる。また、フレネルゾーンプレートの光学原理を利用し
て光の経路を変更する技術も知られている。このような表示装置において高い表示品位が
求められている。
In this image display device, by changing the refractive index distribution of the liquid crystal optical device, the image displayed on the display element is directly incident on the observer's eye, or a plurality of parallax images are incident on the observer's eye. You can make it. That is, this image display device can switch between two-dimensional display and three-dimensional image display. In addition, a technique for changing the light path using the optical principle of the Fresnel zone plate is also known. In such a display device, high display quality is required.

特開2012−137662号公報JP 2012-137762 A 特開2014−81534号公報JP 2014-81534 A

本発明が解決しようとする課題は、高い表示品位の屈折率分布型液晶光学装置および画
像表示装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a refractive index distribution type liquid crystal optical device and an image display device with high display quality.

実施形態に係る屈折率分布型液晶光学装置は、主面を有する第1基板と、第2基板と、
前記第1基板の前記主面と前記第2基板の間に設けられた液晶層と、前記第1基板の前記
主面と前記液晶層との間に設けられ、前記主面に平行な第1方向に並べられた複数の第1
電極と、前記1基板の前記主面と前記液晶層との間に設けられ、前記複数の第1電極の間
に配置され、それぞれが一対の端部と前記一対の端部の間に設けられた中央部とを有する
、複数の第2電極と、前記第2基板と前記液晶層との間に設けられた複数対の第3電極と
、前記第2基板と前記液晶層との間に設けられ、前記第1方向において前記複数対の第3
電極と並ぶ複数対の第4電極と、を備える光学素子と、前記複数の第1電極に第1電圧を
印加し、前記複数の第2電極に第2電圧を印加し、前記複数対の第3電極に第3電圧を印
加し、前記複数対の第4電極に第4電圧を印加する制御部と、を備え、一対の前記第3電
極は一対の前記第4電極の間に設けられ、前記第4電極を前記主面に投影したときに前記
第4電極は前記第1方向における前記第1電極の幅の第1中点と重なり、前記複数の第2
電極と前記複数対の第3電極とを前記主面に投影したときに一対の前記第3電極それぞれ
は一の前記第2電極が有する前記一対の端部それぞれと重なり、前記第1電圧V1と前記
第2電圧V2と前記第3電圧V3と前記第4電圧V4は、
A gradient index liquid crystal optical device according to an embodiment includes a first substrate having a main surface, a second substrate,
A liquid crystal layer provided between the main surface of the first substrate and the second substrate; and a first liquid crystal layer provided between the main surface of the first substrate and the liquid crystal layer and parallel to the main surface. A plurality of firsts arranged in a direction
An electrode, provided between the main surface of the one substrate and the liquid crystal layer, disposed between the plurality of first electrodes, each provided between a pair of end portions and the pair of end portions. A plurality of second electrodes, a plurality of pairs of third electrodes provided between the second substrate and the liquid crystal layer, and provided between the second substrate and the liquid crystal layer. The plurality of pairs of thirds in the first direction.
An optical element comprising a plurality of pairs of fourth electrodes aligned with the electrodes; a first voltage applied to the plurality of first electrodes; a second voltage applied to the plurality of second electrodes; A control unit that applies a third voltage to three electrodes and applies a fourth voltage to the plurality of pairs of fourth electrodes, and the pair of third electrodes is provided between the pair of fourth electrodes, When the fourth electrode is projected onto the main surface, the fourth electrode overlaps a first midpoint of the width of the first electrode in the first direction, and the plurality of second electrodes
When the electrode and the plurality of pairs of third electrodes are projected onto the main surface, each of the pair of third electrodes overlaps each of the pair of end portions of one of the second electrodes, and the first voltage V1 The second voltage V2, the third voltage V3, and the fourth voltage V4 are:

の関係にある。 Are in a relationship.

第1の実施形態に係る屈折率分布型液晶光学装置を示す模式的断面図とその部分拡大図である。1A is a schematic cross-sectional view showing a gradient index liquid crystal optical device according to a first embodiment, and FIG. 第1の実施形態に係る画像表示装置を示す模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing an image display device according to a first embodiment. 図3(a)は参考例1に係る屈折率分布型液晶光学装置の電位分布を示す模式図であり、図3(b)は参考例1に係る屈折率分布型液晶光学装置の電極を示す一部断面拡大図である。FIG. 3A is a schematic diagram showing the potential distribution of the gradient index liquid crystal optical device according to Reference Example 1, and FIG. 3B shows the electrodes of the gradient index liquid crystal optical device according to Reference Example 1. FIG. 図4(a)は参考例2に係る屈折率分布型液晶光学装置の電位分布を示す模式図であり、図4(b)は参考例2に係る屈折率分布型液晶光学装置の電極を示す一部断面拡大図である。4A is a schematic diagram showing the potential distribution of the gradient index liquid crystal optical device according to Reference Example 2, and FIG. 4B shows the electrodes of the gradient index liquid crystal optical device according to Reference Example 2. FIG. 参考例1および参考例2に係る屈折率分布型液晶光学装置との屈折率分布を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows refractive index distribution with the refractive index distribution type liquid crystal optical device which concerns on the reference example 1 and the reference example 2. FIG. 第2の実施形態に係る画像表示装置を示す模式的断面図とその部分拡大図である。It is typical sectional drawing which shows the image display apparatus which concerns on 2nd Embodiment, and its partial enlarged view. 第3の実施形態に係る画像表示装置を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the image display apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る各電極を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view which shows each electrode which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る画像表示装置を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing an image display device concerning a 4th embodiment.

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の
大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場
合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同
一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1(a)は、第1の実施形態に係る屈折率分布型液晶光学装置(液晶光学装置)11
1の構成を例示する模式的断面図である。 図1(b)は、図1(a)の部分拡大図であ
る。図2は第1の実施形態に係る画像表示装置を示す模式的断面図である。本実施形態に
係る画像表示装置211は、液晶光学装置111と、表示素子80と、表示駆動部87と
、を含む。
(First embodiment)
FIG. 1A shows a gradient index liquid crystal optical device (liquid crystal optical device) 11 according to the first embodiment.
2 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of 1. FIG. FIG.1 (b) is the elements on larger scale of Fig.1 (a). FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the image display apparatus according to the first embodiment. The image display device 211 according to the present embodiment includes a liquid crystal optical device 111, a display element 80, and a display driving unit 87.

液晶光学装置111は、第1基板部10uと第2基板部20uと液晶層30とを含む液
晶光学素子101と、制御部77と、を備える。
The liquid crystal optical device 111 includes a liquid crystal optical element 101 including a first substrate unit 10u, a second substrate unit 20u, and a liquid crystal layer 30, and a control unit 77.

液晶層30は、第1基板部10uと第2基板部20uとの間に設けられる。  The liquid crystal layer 30 is provided between the first substrate unit 10u and the second substrate unit 20u.

液晶光学素子101は、入射光の光路を変更する第1状態と、入射光の光路を実質的に
変更しない第2状態と、を有する。すなわち、第1状態は、液晶層30に屈折率分布31
が形成される状態であり、第2状態は液晶層30の屈折率が均一な状態である。第1状態
の液晶光学素子101に光が入射することで、画像表示装置211は、例えば、三次元表
示を提供する。また、第2状態の液晶光学素子101に光が入射することで、画像表示装
置211は、例えば、二次元画像表示を提供する。第1状態と第2状態は、制御部77に
よって液晶層30の状態が変化することによって切り替えられる。
The liquid crystal optical element 101 has a first state in which the optical path of incident light is changed and a second state in which the optical path of incident light is not substantially changed. That is, in the first state, the liquid crystal layer 30 has a refractive index distribution 31.
The second state is a state where the refractive index of the liquid crystal layer 30 is uniform. When light enters the liquid crystal optical element 101 in the first state, the image display device 211 provides, for example, three-dimensional display. In addition, when light enters the liquid crystal optical element 101 in the second state, the image display device 211 provides, for example, two-dimensional image display. The first state and the second state are switched when the state of the liquid crystal layer 30 is changed by the control unit 77.

第1基板部10uは、第1基板10と、複数の第1電極11と、複数の第2電極12と
、を含む。第1基板10は、第1主面10aを有する。複数の第1電極11と複数の第2
電極12は、第1基板10の第1主面10aと液晶層30との間に設けられる。複数の第
1電極11は、第1主面10aに平行な第1方向に並べられる。複数の第2電極12は、
第1主面10aに平行な第1方向に並べられる。複数の第2電極12それぞれは、複数の
第1電極の間に配置される。
The first substrate unit 10u includes a first substrate 10, a plurality of first electrodes 11, and a plurality of second electrodes 12. The first substrate 10 has a first main surface 10a. A plurality of first electrodes 11 and a plurality of second electrodes
The electrode 12 is provided between the first major surface 10 a of the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30. The plurality of first electrodes 11 are arranged in a first direction parallel to the first major surface 10a. The plurality of second electrodes 12 are
They are arranged in a first direction parallel to the first major surface 10a. Each of the plurality of second electrodes 12 is disposed between the plurality of first electrodes.

第1方向をX方向とする。第1主面10aに垂直な第2方向をZ方向とする。X方向と
Z方向とに対して垂直な方向をY方向とする。X−Y平面は、第1主面10aに対して平
行である。
The first direction is the X direction. A second direction perpendicular to the first major surface 10a is taken as a Z direction. A direction perpendicular to the X direction and the Z direction is taken as a Y direction. The XY plane is parallel to the first major surface 10a.

複数の第1電極11のそれぞれは、例えば、第1主面10aに平行で第1方向に垂直な
Y方向に延在する。複数の第2電極12のそれぞれは、例えば、Y方向に延在する。
Each of the multiple first electrodes 11 extends, for example, in the Y direction parallel to the first major surface 10a and perpendicular to the first direction. Each of the multiple second electrodes 12 extends, for example, in the Y direction.

第2基板部20uは、第2基板20と、第3電極13と、第4電極14と、を含む。第
2基板20は、第1主面10aと対向する第2主面20aを有する。本明細書において、
対向している状態は、直接向かい合う状態の他に、間に他の要素が挿入されて向かい合う
状態も含む。複数対の第3電極13は、第2基板20の第2主面20aと液晶層30との
間に設けられる。複数対の第3電極13は、第1方向に並べられる。複数対の第3電極1
3は、例えばY方向に延在する。
The second substrate unit 20 u includes the second substrate 20, the third electrode 13, and the fourth electrode 14. The second substrate 20 has a second main surface 20a facing the first main surface 10a. In this specification,
The state of being opposed includes not only the state of directly facing each other but also the state of facing each other with another element inserted therebetween. The plurality of pairs of third electrodes 13 are provided between the second major surface 20 a of the second substrate 20 and the liquid crystal layer 30. The plurality of pairs of third electrodes 13 are arranged in the first direction. Multiple pairs of third electrodes 1
For example, 3 extends in the Y direction.

複数対の第4電極14は、第2基板20の第2主面20aと液晶層30との間に設けら
れる。複数対の第3電極13は、X方向に並べられる。複数対の第3電極13は、例えば
Y方向に延在する。第4電極14は、X方向において複数対の第3電極13と並ぶ。一対
の第3電極13は一対の第4電極14の間に設けられる。複数対の第4電極14は、例え
ばY方向に延在する。
The plurality of pairs of fourth electrodes 14 are provided between the second major surface 20 a of the second substrate 20 and the liquid crystal layer 30. The plurality of pairs of third electrodes 13 are arranged in the X direction. The multiple pairs of third electrodes 13 extend, for example, in the Y direction. The fourth electrode 14 is aligned with a plurality of pairs of third electrodes 13 in the X direction. The pair of third electrodes 13 is provided between the pair of fourth electrodes 14. The multiple pairs of fourth electrodes 14 extend in the Y direction, for example.

第1基板部10uと第2基板部20uそれぞれは、配向膜を有していても良い。  Each of the first substrate unit 10u and the second substrate unit 20u may have an alignment film.

液晶層30は、第1基板10と第2基板20との間に設けられる。  The liquid crystal layer 30 is provided between the first substrate 10 and the second substrate 20.

第1基板10、第2基板20、第1電極11、第2電極12、第3電極13、および第
4電極14は、光透過性であり、例えば、透明である。
The first substrate 10, the second substrate 20, the first electrode 11, the second electrode 12, the third electrode 13, and the fourth electrode 14 are light transmissive, for example, transparent.

第1基板10及び第2基板20には、例えば、ガラスまたは樹脂などの透明材料が用い
られる。第1基板10及び第2基板20は、例えば、板状またはシート状である。第1基
板10及び第2基板20の厚さは、例えば、50マイクロメートル(μm)以上、200
0μm以下である。ただし、厚さは任意である。
For the first substrate 10 and the second substrate 20, for example, a transparent material such as glass or resin is used. The first substrate 10 and the second substrate 20 are, for example, plate-shaped or sheet-shaped. The thickness of the first substrate 10 and the second substrate 20 is, for example, 50 micrometers (μm) or more, 200
0 μm or less. However, the thickness is arbitrary.

第1電極11、第2電極12及び第3電極13は、例えば、インジウム(In)、錫(
Sn)、亜鉛(Zn)及びチタン(Ti)よりなる群から選ばれた少なくとも1つ(1種
)の元素を含む酸化物を含む。これらの電極には、例えばインジウムチタン酸化物(IT
O)が用いられる。例えば、インジウム酸化物(In)及び錫酸化物(SnO
の少なくともいずれかを用いても良い。これらの電極の厚さは、例えば100ナノメート
ル(nm)以上350nm以下である。これらの電極の厚さは、例えば約150nm以上
250nm以下である。これらの電極の厚さは、例えば、可視光に対して高い透過率が得
られる厚さに設定される。
The first electrode 11, the second electrode 12, and the third electrode 13 are, for example, indium (In), tin (
It includes an oxide containing at least one (one kind) element selected from the group consisting of Sn), zinc (Zn), and titanium (Ti). These electrodes include, for example, indium titanium oxide (IT
O) is used. For example, indium oxide (In 2 O 3 ) and tin oxide (SnO 3 )
At least one of the above may be used. The thickness of these electrodes is, for example, not less than 100 nanometers (nm) and not more than 350 nm. The thickness of these electrodes is, for example, not less than about 150 nm and not more than 250 nm. The thickness of these electrodes is set to a thickness that provides a high transmittance for visible light, for example.

第1電極11のピッチ(最近接の第1電極11同士のX方向の中心の間の距離)は、例
えば、10μm以上1000μm以下である。このピッチは、任意に設定される。第1電
極11と、これと隣り合う第2電極12との間隔は、5μm以上20μm以下である。
The pitch of the first electrodes 11 (the distance between the centers of the first electrodes 11 closest to each other in the X direction) is, for example, 10 μm or more and 1000 μm or less. This pitch is arbitrarily set. The distance between the first electrode 11 and the second electrode 12 adjacent thereto is 5 μm or more and 20 μm or less.

第1電極11の第1方向に沿った幅W1は、例えば、5μm以上300μm以下である
。第2電極12の幅W2は、例えば、5μm以上300μm以下である。第3電極13の
幅W3は、例えば5μm以上30μm以下である。第2電極12の幅W2は、例えば、第
3電極13の幅W3より大きい。
The width W1 along the first direction of the first electrode 11 is, for example, not less than 5 μm and not more than 300 μm. The width W2 of the second electrode 12 is, for example, not less than 5 μm and not more than 300 μm. The width W3 of the third electrode 13 is, for example, not less than 5 μm and not more than 30 μm. The width W2 of the second electrode 12 is larger than the width W3 of the third electrode 13, for example.

液晶層30は、液晶材料を含む。液晶材料には、例えば、ネマティック液晶(液晶光学
装置111の使用温度においてネマティック相)が用いられる。液晶材料は、正の誘電異
方性または負の誘電異方性を有する。正の誘電異方性の場合、液晶層30における液晶の
初期配列(液晶層30に電圧を印加しないときの配列)は、例えば、実質的に水平配向で
ある。負の誘電異方性の場合、液晶層30における液晶の初期配列は、実質的に垂直配向
である。
The liquid crystal layer 30 includes a liquid crystal material. As the liquid crystal material, for example, nematic liquid crystal (nematic phase at the use temperature of the liquid crystal optical device 111) is used. The liquid crystal material has a positive dielectric anisotropy or a negative dielectric anisotropy. In the case of positive dielectric anisotropy, the initial alignment of liquid crystals in the liquid crystal layer 30 (alignment when no voltage is applied to the liquid crystal layer 30) is, for example, substantially horizontal alignment. In the case of negative dielectric anisotropy, the initial alignment of the liquid crystal in the liquid crystal layer 30 is substantially vertical alignment.

本明細書においては、水平配向においては、液晶のダイレクタ(液晶分子の長軸)とX
−Y平面との角度(プレチルト角)は、0°以上30°以下である。垂直配向においては
、例えば、プレチルト角は、60°以上90°以下である。初期配列、及び、電圧印加時
の配列の少なくともいずれかにおいて、ダイレクタは、X方向に対して平行な成分を有す
る。
In this specification, in horizontal alignment, a director of liquid crystal (a major axis of liquid crystal molecules) and X
The angle (pretilt angle) with respect to the −Y plane is 0 ° or more and 30 ° or less. In the vertical alignment, for example, the pretilt angle is not less than 60 ° and not more than 90 °. In at least one of the initial arrangement and the arrangement at the time of voltage application, the director has a component parallel to the X direction.

以下では、液晶層30に含まれる液晶の誘電異方性は正であり、初期配列が実質的に水
平配向である場合について説明する。
Hereinafter, the case where the dielectric anisotropy of the liquid crystal included in the liquid crystal layer 30 is positive and the initial alignment is substantially horizontal alignment will be described.

実質的な水平配向の場合、初期配列において、ダイレクタはX方向に対して実質的に平
行である。例えば、ダイレクタをX−Y平面に投影したとき、ダイレクタとX方向とのな
す角は、15度以下である。例えば、液晶の第2基板部20uの近傍での配向方向は、液
晶の第1基板部10uの近傍での配向方向に対して反平行である。すなわち、初期配向は
、スプレイ配列ではない。
For a substantially horizontal orientation, in the initial alignment, the director is substantially parallel to the X direction. For example, when the director is projected onto the XY plane, the angle formed by the director and the X direction is 15 degrees or less. For example, the alignment direction of the liquid crystal in the vicinity of the second substrate unit 20u is antiparallel to the alignment direction of the liquid crystal in the vicinity of the first substrate unit 10u. That is, the initial orientation is not a splay arrangement.

第1基板部10uは、配向膜(図示しない)をさらに含んでも良い。第1基板部10u
は、配向膜(図示しない)をさらに含んでも良い。これらの配向膜には例えばポリイミド
が用いられる。
The first substrate unit 10u may further include an alignment film (not shown). First substrate unit 10u
May further include an alignment film (not shown). For example, polyimide is used for these alignment films.

制御部77は、第1電極11、第2電極12、第3電極13、及び第4電極14の電圧
を制御する。制御部77は、液晶層30の第1状態と第2状態を切り替えることができる
。制御部77は、複数の第1電極11と、複数の第2電極12と、複数対の第3電極13
と複数対の第4電極14に電気的に接続されている。制御部77は、第1電極11、第2
電極12、第3電極13及び第4電極14それぞれと基準グラウンドとの間で電圧を印加
する。制御部77は、複数の第1電極11に第1電圧V1を印加し、複数の第2電極12
に第2電圧V2を印加し、複数対の第3電極13に第3電圧V3を印加し、複数対の第4
電極14に第4電圧V4を印加する。
The control unit 77 controls the voltages of the first electrode 11, the second electrode 12, the third electrode 13, and the fourth electrode 14. The controller 77 can switch between the first state and the second state of the liquid crystal layer 30. The control unit 77 includes a plurality of first electrodes 11, a plurality of second electrodes 12, and a plurality of pairs of third electrodes 13.
Are electrically connected to the plurality of pairs of fourth electrodes 14. The control unit 77 includes the first electrode 11 and the second electrode
A voltage is applied between each of the electrode 12, the third electrode 13, and the fourth electrode 14 and the reference ground. The control unit 77 applies the first voltage V <b> 1 to the plurality of first electrodes 11, and the plurality of second electrodes 12.
The second voltage V2 is applied to the plurality of pairs of third electrodes 13, the third voltage V3 is applied to the plurality of pairs of third electrodes 13, and the plurality of pairs of fourth electrodes
A fourth voltage V4 is applied to the electrode 14.

第1状態において、制御部77は液晶層30の液晶の配列を変化させ、液晶層30に屈
折率分布31を形成する。図1では、屈折率分布31を模式的に例示している。以下に第
1状態の液晶層30について説明する。
In the first state, the control unit 77 changes the alignment of the liquid crystal in the liquid crystal layer 30 to form a refractive index distribution 31 in the liquid crystal layer 30. FIG. 1 schematically illustrates the refractive index distribution 31. The liquid crystal layer 30 in the first state will be described below.

複数の第1電極11の1つを第1電極11Aとし、複数の第1電極11の別の1つを第
1電極11Bとし、複数の第1電極11の別の1つを第1電極11Cとする。第1電極1
1Aと第1電極11Cとの間に第1電極11Bが配置される。以下では、第1電極11A
〜11Cを総称して、第1電極11という場合がある。
One of the plurality of first electrodes 11 is a first electrode 11A, another one of the plurality of first electrodes 11 is a first electrode 11B, and another one of the plurality of first electrodes 11 is a first electrode 11C. And 1st electrode 1
The first electrode 11B is disposed between 1A and the first electrode 11C. In the following, the first electrode 11A
˜11C may be collectively referred to as the first electrode 11.

すなわち、液晶光学素子101のX−Z平面に平行な一断面において、第1電極11A
のX方向における中心と第1電極11BのX方向における中心との間のX方向に沿った距
離は、第1電極11BのX方向における中心と第1電極11CのX方向における中心との
間のX方向に沿った距離と実質的に等しい。
That is, in one cross section parallel to the XZ plane of the liquid crystal optical element 101, the first electrode 11A
The distance along the X direction between the center in the X direction and the center in the X direction of the first electrode 11B is between the center in the X direction of the first electrode 11B and the center in the X direction of the first electrode 11C. It is substantially equal to the distance along the X direction.

液晶層30は、第1状態において、複数のレンズ部分を有する。複数のレンズ部分は、
第1レンズ部分71と第2レンズ部分72とを有する。第1レンズ部分71は、液晶層3
0を第1主面10aに対して平行な平面(X−Y平面)に投影したときに、第1電極11
AのY方向に平行な中心線と第1電極11BのY方向に平行な中心線との間にある部分で
ある。第2レンズ部分72は、液晶層30を第1主面10aに対して平行な平面(X−Y
平面)に投影したときに、第1電極11Bの中心線と第1電極11Cの中心線との間にあ
る部分である。第1電極11A〜11CのY方向に平行な中心線は、第1電極11A〜1
1Cの第1方向における幅の中心を通る線である。第2レンズ部分72における屈折率分
布31は、第1レンズ部分71における屈折率分布31と実質的に同じである。以下では
、第1レンズ部分71における屈折率分布31に関して説明する。
The liquid crystal layer 30 has a plurality of lens portions in the first state. Multiple lens parts
A first lens portion 71 and a second lens portion 72 are provided. The first lens portion 71 includes the liquid crystal layer 3
When 0 is projected onto a plane (XY plane) parallel to the first major surface 10a, the first electrode 11
This is a portion between the center line parallel to the Y direction of A and the center line parallel to the Y direction of the first electrode 11B. The second lens portion 72 is configured so that the liquid crystal layer 30 is a plane parallel to the first major surface 10a (XY).
This is a portion between the center line of the first electrode 11B and the center line of the first electrode 11C when projected onto a plane. The center lines parallel to the Y direction of the first electrodes 11A to 11C are the first electrodes 11A to 1A.
1C is a line passing through the center of the width in the first direction. The refractive index distribution 31 in the second lens portion 72 is substantially the same as the refractive index distribution 31 in the first lens portion 71. Hereinafter, the refractive index distribution 31 in the first lens portion 71 will be described.

X−Y平面に投影したときに第1電極11AのX方向における中心と、第1電極11の
X方向における中心と、を結ぶ線分の中点を通り、Y−Z平面に平行な平面を中心面59
とする。中心面59は、例えば、第2電極のX方向における中心を通りY−Z平面に平行
な平面である。第1レンズ部分71の屈折率分布31は、中心面59に面対称である。所
望の光学特性を得るために、または、製造条件のばらつきなどに起因して、第1レンズ部
分71の屈折率分布31は、中心面59に非対称でも良い。以下では、第1レンズ部分7
1の屈折率分布31は、中心面59に面対称であることとする。
A plane parallel to the YZ plane passing through the midpoint of the line connecting the center of the first electrode 11A in the X direction and the center of the first electrode 11 in the X direction when projected onto the XY plane. Center plane 59
And The center plane 59 is, for example, a plane that passes through the center of the second electrode in the X direction and is parallel to the YZ plane. The refractive index distribution 31 of the first lens portion 71 is plane symmetric with respect to the center plane 59. In order to obtain desired optical characteristics or due to variations in manufacturing conditions, the refractive index distribution 31 of the first lens portion 71 may be asymmetric with respect to the center plane 59. In the following, the first lens portion 7
The refractive index distribution 31 of 1 is symmetric with respect to the center plane 59.

第1レンズ部分71のうち中心面59と1つの第1電極11(例えば第1電極11B)
との間の部分について説明する。
Of the first lens portion 71, the center surface 59 and one first electrode 11 (for example, the first electrode 11B).
The part between is explained.

液晶層30は、第1状態において、中心面59から第1電極11の端部に向かう+X方
向に沿って並ぶ第1部分30aと第2部分30bと第3部分30cとを有する。第1部分
30aは、+X方向に屈折率nが減少する部分である。第2部分30bは、+X方向に屈
折率nが増加する部分である。第3部分30cは、+X方向に屈折率nが減少する部分で
ある。
In the first state, the liquid crystal layer 30 includes a first portion 30a, a second portion 30b, and a third portion 30c that are arranged along the + X direction from the center surface 59 toward the end of the first electrode 11. The first portion 30a is a portion where the refractive index n decreases in the + X direction. The second portion 30b is a portion where the refractive index n increases in the + X direction. The third portion 30c is a portion where the refractive index n decreases in the + X direction.

液晶光学素子101は、例えば、フレネルレンズの光学特性を有する。屈折率分布31
は、例えば、フレネルレンズにおけるレンズの厚さの分布に対応する形状を有する。液晶
光学素子101は、屈折率nが面内で変化する液晶GRINレンズ(Gradient Index len
s)として機能する。液晶光学素子101は、フレネルレンズの光学特性を有するので、
薄くて液晶層30の応答速度が速い。
The liquid crystal optical element 101 has, for example, Fresnel lens optical characteristics. Refractive index distribution 31
Has a shape corresponding to the lens thickness distribution in the Fresnel lens, for example. The liquid crystal optical element 101 includes a liquid crystal GRIN lens (Gradient Index len) whose refractive index n varies in the plane.
s). Since the liquid crystal optical element 101 has the optical characteristics of a Fresnel lens,
It is thin and the response speed of the liquid crystal layer 30 is fast.

本実施形態における液晶光学素子101は、例えば、フレネルレンズの一例であるシリ
ンドリカルレンズとして機能する。各フレネルレンズは図1のX方向には曲率を持ってお
り、入射した光の方向を制御することが出来る。一方、Y方向には曲率がないために入射
した光は、平行平面ガラスを通過する様に方向が少し変化する。液晶光学素子101は、
例えば、フレネルレンズの一例であるフライアレイレンズ等として機能してもよい。
The liquid crystal optical element 101 in the present embodiment functions as, for example, a cylindrical lens that is an example of a Fresnel lens. Each Fresnel lens has a curvature in the X direction of FIG. 1, and the direction of incident light can be controlled. On the other hand, since there is no curvature in the Y direction, the direction of incident light slightly changes so as to pass through the parallel plane glass. The liquid crystal optical element 101 is
For example, you may function as a fly array lens etc. which are examples of a Fresnel lens.

表示素子80について以下に説明する。   The display element 80 will be described below.

表示素子80には、例えば、液晶表示素子、有機EL表示素子またはプラズマディスプ
レイなどを用いることができる。実施形態はこれに限らず、表示素子80には、任意の表
示装置を用いることができる。表示素子80は、液晶光学素子101と積層される。本明
細書において、積層される状態は、直接接して重ねられる状態の他に、間の他の要素が挿
入されて重ねられる状態も含む。
As the display element 80, for example, a liquid crystal display element, an organic EL display element, a plasma display, or the like can be used. The embodiment is not limited to this, and any display device can be used for the display element 80. The display element 80 is stacked with the liquid crystal optical element 101. In this specification, the state of being stacked includes not only the state of being stacked in direct contact but also the state of being stacked with other elements inserted therebetween.

表示素子80は、複数の要素画像領域を含む。複数の要素画像領域は、第1要素画像領
域81と、第2要素画像領域82と、を含む。1つの要素画像領域は、1つのレンズ部分
と対応する。例えば、第1要素画像領域81は、第2レンズ部分72と対向する。
The display element 80 includes a plurality of element image areas. The plurality of element image areas include a first element image area 81 and a second element image area 82. One element image area corresponds to one lens portion. For example, the first element image region 81 faces the second lens portion 72.

なお、本実施形態では、要素画像領域及びレンズ部分をX−Y平面に投影した位置が互
いに一致するような構成について示すが、一致しない構成であっても良い。例えば、表示
素子80の中央から外縁に向かうに従って、要素画像領域の中心と及びレンズ部分の中心
のずれが大きくなってもよい。
In the present embodiment, a configuration is shown in which the positions where the element image region and the lens portion are projected onto the XY plane coincide with each other. For example, the deviation between the center of the element image area and the center of the lens portion may increase from the center of the display element 80 toward the outer edge.

表示駆動部87から表示素子80に映像情報を含む信号が供給される。表示素子80は
、その信号に基づいて変調された光を生成する。表示素子80は、例えば、複数の視差画
像を含む光を出射することができる。
A signal including video information is supplied from the display driver 87 to the display element 80. The display element 80 generates light that is modulated based on the signal. The display element 80 can emit light including a plurality of parallax images, for example.

例えば、第1要素画像領域81は、X方向に順番に並ぶ第1〜第N(Nは2以上の整数
)の複数の主領域視差画像表示部P1〜Pn(nはNと同じ整数)を有する。第2要素画
像領域82は、X方向に順番に並ぶ第1〜第Nの複数の隣接領域視差画像表示部Q1〜Q
n(nはNと同じ整数)を有する。
For example, the first element image region 81 includes first to Nth (N is an integer of 2 or more) main region parallax image display units P1 to Pn (n is the same integer as N) arranged in order in the X direction. Have. The second element image region 82 includes first to Nth adjacent region parallax image display units Q1 to Q arranged in order in the X direction.
n (n is the same integer as N).

図1においては、図を見やすくするために、Nが5である場合について例示している。
Nは任意である。
In FIG. 1, a case where N is 5 is illustrated for easy understanding of the drawing.
N is arbitrary.

第1〜第Nの複数の主領域視差画像表示部P1〜Pn、及び、第1〜第nの複数の隣接
領域視差画像表示部Q1〜Qnのそれぞれは、例えば、立体視のための複数の視差情報を
含む画像を生成する。観察者は、複数の視差画像を液晶光学装置111により形成される
レンズを介して見ることで、例えば立体的な画像を知覚する。
Each of the first to Nth main region parallax image display units P1 to Pn and the first to nth plurality of adjacent region parallax image display units Q1 to Qn includes, for example, a plurality of An image including parallax information is generated. The observer perceives, for example, a stereoscopic image by viewing a plurality of parallax images through a lens formed by the liquid crystal optical device 111.

品質の高い立体画像を提供するためには、液晶層30の第2部分30bは、ないのが理
想的である。すなわち、第1部分30aと第3部分30cの間で、屈折率nは第1主面1
0aに垂直に増加するのが理想的である。しかしながら、設計の都合により、第2部分3
0bをなくすのは困難である。
In order to provide a high-quality stereoscopic image, it is ideal that the second portion 30b of the liquid crystal layer 30 is absent. That is, the refractive index n between the first portion 30a and the third portion 30c is the first major surface 1.
Ideally it increases perpendicular to 0a. However, for convenience of design, the second part 3
It is difficult to eliminate 0b.

表示素子80からの光が液晶層30の第2部分30bに入射すると、視差画像を生成す
るのに理想的でない方向に光が導かれる。例えば、すなわち、迷光を生じさせる。この場
合、例えば、クロストークが発生し、画像表示装置211の表示品位は低い。この現象は
、第2部分30bの幅が広いほど生じやすい。
従来の第1部分30aと第2部分30bについて、図3を使って説明する。なお、第3
部分30cについては説明を省略する。図3(a)はシミュレーションによって得た参考
例1に係る屈折率分布型液晶光学装置の電位分布を示す模式図であり、図3(b)は参考
例1に係る屈折率分布型液晶光学装置の電極を示す一部断面拡大図である。図3(a)は
図3(b)の断面に対応する。
When light from the display element 80 enters the second portion 30b of the liquid crystal layer 30, the light is guided in a direction that is not ideal for generating a parallax image. For example, stray light is generated. In this case, for example, crosstalk occurs, and the display quality of the image display device 211 is low. This phenomenon is more likely to occur as the width of the second portion 30b is wider.
A conventional first portion 30a and second portion 30b will be described with reference to FIG. The third
Description of the portion 30c is omitted. FIG. 3A is a schematic diagram showing a potential distribution of the gradient index liquid crystal optical device according to Reference Example 1 obtained by simulation, and FIG. 3B is a gradient index liquid crystal optical device according to Reference Example 1. It is a partial cross section enlarged view which shows this electrode. FIG. 3A corresponds to the cross section of FIG.

第1基板10と液晶層30の間には、第6電極16がある。第2基板20と液晶層30
の間には一対の第8電極18と、一対の第8電極の間に設けられた一対の第7電極17が
ある。第6電極16は一対の第7電極17および一対の第8電極18と対向する。このよ
うな構成において、第6電極16と第7電極17との間の電位差を大きくし、第6電極1
6と第8電極18との間の電位差を小さくすることによって、屈折率分布32が生じるの
が理想的である。液晶分子のダイレクタを楕円32で示している。
There is a sixth electrode 16 between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30. Second substrate 20 and liquid crystal layer 30
There is a pair of eighth electrodes 18 and a pair of seventh electrodes 17 provided between the pair of eighth electrodes. The sixth electrode 16 faces the pair of seventh electrodes 17 and the pair of eighth electrodes 18. In such a configuration, the potential difference between the sixth electrode 16 and the seventh electrode 17 is increased, and the sixth electrode 1
Ideally, the refractive index profile 32 is generated by reducing the potential difference between the sixth electrode 18 and the eighth electrode 18. A director of liquid crystal molecules is indicated by an ellipse 32.

ここで、第2部分30bにおける屈折率nの変化を急峻にし、第2部分30bの幅を狭
くするために、第7電極17と第6電極6との間に印加する電圧を高くすることが考えら
れる。しかしながら、本願発明者らの検討によると、この場合に第7電極17の周囲にリ
バースチルト領域が形成されることが分かった。
Here, the voltage applied between the seventh electrode 17 and the sixth electrode 6 may be increased in order to make the change in the refractive index n in the second portion 30b steep and to narrow the width of the second portion 30b. Conceivable. However, according to the study by the present inventors, it has been found that a reverse tilt region is formed around the seventh electrode 17 in this case.

すなわち、図3(a)に示すように、第7電極17と第8電極18が近接しているため、
第8電極18の付近に第6電極16と第7電極17とによって生じた電界が広がる。さら
に、第6電極26と第8電極18によって生じた電界がその外側に広がる。従って、第2
部分30bにおける屈折率nの変化を急峻にすることが困難である。また、領域301に
示すように、ディスクリネーションが生じる場合がある。なお、図3(a)では、第6電
極16に0ボルト(V)、第7電極17に6V、第8電極18に0Vを印加した場合を示
している。
That is, as shown in FIG. 3A, the seventh electrode 17 and the eighth electrode 18 are close to each other.
The electric field generated by the sixth electrode 16 and the seventh electrode 17 spreads in the vicinity of the eighth electrode 18. Further, the electric field generated by the sixth electrode 26 and the eighth electrode 18 spreads outside. Therefore, the second
It is difficult to make the change of the refractive index n in the portion 30b steep. Also, as shown in the area 301, disclination may occur. FIG. 3A shows a case where 0 volt (V) is applied to the sixth electrode 16, 6 V is applied to the seventh electrode 17, and 0 V is applied to the eighth electrode 18.

本実施形態に係る第1部分30aと第2部分30bについて、図4を使って説明する。
なお、第3部分30cについては説明を省略する。
The first portion 30a and the second portion 30b according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The description of the third portion 30c is omitted.

図4(a)はシミュレーションによって得た参考例2に係る屈折率分布型液晶光学装置
の電位分布を示す模式図であり、図4(b)は参考例2に係る屈折率分布型液晶光学装置
の電極を示す一部断面拡大図である。図4(a)は図4(b)の断面に対応する。図4は
、図1に示した液晶光学装置の第4電極14を省略した場合を示す。図5は、参考例1お
よび参考例2に係る屈折率分布型液晶光学装置との屈折率分布を示す模式図である。図5
は図3(b)および図4(b)の断面に対応し、横軸がX方向、縦軸がY方向を表す。
4A is a schematic diagram showing a potential distribution of the gradient index liquid crystal optical device according to Reference Example 2 obtained by simulation, and FIG. 4B is a gradient index liquid crystal optical device according to Reference Example 2. FIG. It is a partial cross section enlarged view which shows this electrode. FIG. 4A corresponds to the cross section of FIG. FIG. 4 shows a case where the fourth electrode 14 of the liquid crystal optical device shown in FIG. 1 is omitted. FIG. 5 is a schematic diagram showing a refractive index distribution with the refractive index distribution type liquid crystal optical device according to Reference Example 1 and Reference Example 2. FIG.
Corresponds to the cross sections of FIG. 3B and FIG. 4B, with the horizontal axis representing the X direction and the vertical axis representing the Y direction.

第2電極12と第3電極13との間の電位差を大きくし、第1電極11と第3電極13
の電位差を小さくすることによって、屈折率分布33を生じることができる。第1電極1
1と第2電極12の電圧を制御することにより、第1部分30aに生じる電界と第2部分
30bに生じる電界を調整することができるので、第2部分30bにおける屈折率nの変
化を急峻にすることができる。また、第2電極12と第3電極13との間の電位差を大き
くしすぎる必要がないので、ディスクリネーションの発生を抑制することができる。なお
、図4(a)では、第1電極11に0ボルト(V)、第2電極12に−4V、第3電極に
+2Vを印加した場合を示している。
The potential difference between the second electrode 12 and the third electrode 13 is increased, and the first electrode 11 and the third electrode 13 are increased.
The refractive index distribution 33 can be generated by reducing the potential difference of. 1st electrode 1
By controlling the voltages of the first and second electrodes 12, the electric field generated in the first portion 30a and the electric field generated in the second portion 30b can be adjusted, so that the change in the refractive index n in the second portion 30b is made steep. can do. In addition, since it is not necessary to increase the potential difference between the second electrode 12 and the third electrode 13, the occurrence of disclination can be suppressed. FIG. 4A shows a case where 0 volt (V) is applied to the first electrode 11, -4V is applied to the second electrode 12, and + 2V is applied to the third electrode.

このように、レンズの凸状が形成される第1基板10側に2種類の電極を形成することで
、理想的な形状のフレネルレンズとして機能する液晶光学素子101を得ることができる
。従って、本実施形態によると、高い表示品位の液晶光学装置111および画像表示装置
211を提供することができる。
Thus, by forming two types of electrodes on the first substrate 10 side where the convex shape of the lens is formed, the liquid crystal optical element 101 that functions as an ideally shaped Fresnel lens can be obtained. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the liquid crystal optical device 111 and the image display device 211 with high display quality.

第2電極12それぞれは、一対の端部12aと一対の端部12aの間に設けられた中央
部12bとを有する。一対の第3電極13は、一の第2電極12と対向する。複数の第2
電極12と複数対の第3電極13とを第1主面10aに投影すると、一の第2電極12が
有する一対の端部12aそれぞれに一対の第3電極13それぞれが重なる。
Each of the second electrodes 12 has a pair of end portions 12a and a central portion 12b provided between the pair of end portions 12a. The pair of third electrodes 13 opposes one second electrode 12. Multiple second
When the electrode 12 and the plurality of pairs of third electrodes 13 are projected onto the first main surface 10a, each of the pair of third electrodes 13 overlaps with each of the pair of end portions 12a of the one second electrode 12.

第2電極1の端部12aと第3電極13が対向することにより、液晶層30の第1部分
30aと第2部分30bとの間に生じる屈折率分布の谷を深くすることができる。すなわ
ち、第1部分30aと第2部分30bとの境界付近において、理想に近い屈折率分布を得
ることができる。第2電極12の端部12aの第1方向に沿った幅は、例えば10μm以
上30μm以下である。
By facing the end 12a of the second electrode 1 and the third electrode 13, the valley of the refractive index distribution generated between the first portion 30a and the second portion 30b of the liquid crystal layer 30 can be deepened. That is, an ideal refractive index distribution can be obtained near the boundary between the first portion 30a and the second portion 30b. The width along the first direction of the end portion 12a of the second electrode 12 is, for example, not less than 10 μm and not more than 30 μm.

さらに、第2電極12の幅W2は、液晶層30の厚さL1以上であることが好ましい。  Furthermore, the width W2 of the second electrode 12 is preferably equal to or greater than the thickness L1 of the liquid crystal layer 30.

第2電極12の幅W2が狭い場合には、第2部分30bの幅が広い。第2電極12の幅
W2が広いほど、第2部分30bの幅が狭くなる。第2電極12の幅W2が液晶層の厚さ
L1よりも小さい場合には、第2部分30bの幅を小さくすることができる。
When the width W2 of the second electrode 12 is narrow, the width of the second portion 30b is wide. The width of the second portion 30b becomes narrower as the width W2 of the second electrode 12 is wider. When the width W2 of the second electrode 12 is smaller than the thickness L1 of the liquid crystal layer, the width of the second portion 30b can be reduced.

第2電極12の幅W2が液晶層30の厚さL1よりも短い場合、第2電極12と第3電
極13の間の電界によって生じる屈折率分布の谷が浅い。第2電極12と第3電極13に
よって生じる電界が第1電極11と第3電極13の間にまで広がる。第2部分30bはそ
の電界の第4電極14側に生じ、第2部分30bの幅は広くなる。一方、第2電極12の
幅W2が液晶層30の厚さL1よりも長い場合には屈折率分布の谷を深くすることができ
、第2部分30bの幅を広がりにくくすることができる。
When the width W <b> 2 of the second electrode 12 is shorter than the thickness L <b> 1 of the liquid crystal layer 30, the valley of the refractive index distribution generated by the electric field between the second electrode 12 and the third electrode 13 is shallow. The electric field generated by the second electrode 12 and the third electrode 13 spreads between the first electrode 11 and the third electrode 13. The second portion 30b is generated on the fourth electrode 14 side of the electric field, and the width of the second portion 30b is increased. On the other hand, when the width W2 of the second electrode 12 is longer than the thickness L1 of the liquid crystal layer 30, the valley of the refractive index distribution can be deepened, and the width of the second portion 30b can be made difficult to widen.

本実施形態においては、1つの第2電極12の第1方向に沿った幅W2は一定であるも
のとする。また、1つの第3電極12の第1方向に沿った幅W3は一定であるものとする
。1つの第2電極12の第1方向に沿った幅が一定でない場合には、例えば幅の平均値を
幅W2とする。1つの第3電極12の第1方向に沿った幅が一定でない場合には、例えば
幅の平均値を幅W3とする。
In the present embodiment, the width W2 along the first direction of one second electrode 12 is assumed to be constant. In addition, the width W3 along the first direction of one third electrode 12 is assumed to be constant. When the width along the first direction of one second electrode 12 is not constant, for example, an average value of the width is set as the width W2. When the width along the first direction of one third electrode 12 is not constant, for example, an average value of the width is set as a width W3.

本実施形態においては、複数の第2電極12それぞれの第1方向に沿った幅W2は同じ
であるものとする。また、複数対の第3電極13それぞれの第1方向に沿った幅W3は同
じであるものとする。複数の第2電極12それぞれの第1方向に沿った幅が異なる場合に
は、例えば複数の第2電極12の平均値を幅W2とする。複数の第3電極13それぞれの
第1方向に沿った幅が異なる場合には、例えば複数の第3電極13の平均値を幅W3とす
る。
In the present embodiment, it is assumed that the width W2 along the first direction of each of the plurality of second electrodes 12 is the same. In addition, the width W3 along the first direction of each of the plurality of pairs of third electrodes 13 is the same. When the width along the first direction of each of the plurality of second electrodes 12 is different, for example, an average value of the plurality of second electrodes 12 is set as a width W2. When the width along the first direction of each of the plurality of third electrodes 13 is different, for example, an average value of the plurality of third electrodes 13 is set as a width W3.

第4電極14を第1主面10aに投影すると、第4電極14は前記第1方向における前
記第1電極11の幅の中点(第1中点)M1と重なる。すなわち、第1中点M1を通り第
1主面10aに垂直な直線は、第4電極14を通る。
When the fourth electrode 14 is projected onto the first major surface 10a, the fourth electrode 14 overlaps the midpoint (first midpoint) M1 of the width of the first electrode 11 in the first direction. That is, a straight line passing through the first middle point M1 and perpendicular to the first major surface 10a passes through the fourth electrode 14.

第1状態において、第1電圧V1と第2電圧V2と第3電圧V3と第4電圧V4は、以
下の関係を満たすように制御部77は各電極に電圧を印加する。
In the first state, the control unit 77 applies a voltage to each electrode so that the first voltage V1, the second voltage V2, the third voltage V3, and the fourth voltage V4 satisfy the following relationship.

式3のように第2電圧V2と第3電圧V3との電位差を大きくすることにより、液晶ダ
イレクタを立ち上げることができ、第1部分30aと第2部分30bとの間の屈折率分布
の谷が形成される。第1電極11と第3電極13との電位差を小さくすることにより、液
晶ダイレクタを立ち上がりにくくし第2部分30bと第3部分30cとの間の屈折率の山
が形成される。
By increasing the potential difference between the second voltage V2 and the third voltage V3 as shown in Equation 3, the liquid crystal director can be started up, and the valley of the refractive index distribution between the first portion 30a and the second portion 30b can be increased. Is formed. By reducing the potential difference between the first electrode 11 and the third electrode 13, it is difficult for the liquid crystal director to rise, and a peak of refractive index is formed between the second portion 30b and the third portion 30c.

例えば第1電圧V1は第2電圧V2よりも大きく、第3電圧V3は第1電圧V1以上で
あり、かつ式3を満たすように、第1電圧V1〜第3電圧V3を設定することができる。
第1電圧V1と第3電圧V3の差は、0に近いのが好ましい。
For example, the first voltage V1 is larger than the second voltage V2, the third voltage V3 is equal to or higher than the first voltage V1, and the first voltage V1 to the third voltage V3 can be set so as to satisfy Expression 3. .
The difference between the first voltage V1 and the third voltage V3 is preferably close to zero.

フレネルレンズの端部は屈折率がフレネルレンズの中で最も屈折率が低い。式4のよう
に第1電極11と第4電極14との電位差を第1電極11と第3電極13との電位差より
も大きくすることにより、第3部分30cを理想に近い屈折率分布とすることができる。
すなわち、式4を満たす場合、第3部分30cは第2部分30bから遠いほど屈折率が低
い。
The end of the Fresnel lens has the lowest refractive index among the Fresnel lenses. By making the potential difference between the first electrode 11 and the fourth electrode 14 larger than the potential difference between the first electrode 11 and the third electrode 13 as shown in Expression 4, the third portion 30c has a refractive index profile that is close to ideal. be able to.
That is, when Expression 4 is satisfied, the third portion 30c has a lower refractive index as it is farther from the second portion 30b.

第1電極11とこの第1電極11に最も近い第2電極12との間隙のX方向に沿った長
さG1は、Z方向における液晶層30の厚さL1以下であることが好ましい。このように
第1電極11と第電極12を配置すると、第2部分30bの幅を狭くすることができる。
The length G1 along the X direction of the gap between the first electrode 11 and the second electrode 12 closest to the first electrode 11 is preferably not more than the thickness L1 of the liquid crystal layer 30 in the Z direction. When the first electrode 11 and the second electrode 12 are arranged in this manner, the width of the second portion 30b can be reduced.

第2部分30bの屈折率分布が形成されるメカニズムを説明する。第1電極11と第2
電極12間に異なる電圧が与えられると、第1電極11と第2電極12の間隙からZ方向
に複数の等電位線がのび、X方向に電位の勾配をもつ電界が生じる。第1電極11と第2
電極12の間隙が小さいほど、複数の等電位線の密度が高くなる。この複数の等電位線は
間隔を保ちながら第1基板10側から第2基板20側に延びる。この等電位線の範囲にお
いて、液晶ダイレクタがY方向沿って立ち上がる。第1電極11と第2電極12の間隙を
狭くすることにより、これらの電位差によって生じる電界の幅を狭くすることができるの
で、液晶ダイレクタの立ち上がりを急峻にし、第2部分30bの幅を狭くすることができ
る。第1電極11と第2電極との間隙の長さG1は、できるだけ狭いことが好ましい。例
えば、この間隙G1は、液晶層30の厚さL1よりも小さくする。例えば、この間隙G1
は、20μm以下が望ましい。
A mechanism by which the refractive index distribution of the second portion 30b is formed will be described. First electrode 11 and second
When different voltages are applied between the electrodes 12, a plurality of equipotential lines extend in the Z direction from the gap between the first electrode 11 and the second electrode 12, and an electric field having a potential gradient in the X direction is generated. First electrode 11 and second
The smaller the gap between the electrodes 12, the higher the density of the plurality of equipotential lines. The plurality of equipotential lines extend from the first substrate 10 side to the second substrate 20 side while maintaining an interval. In this equipotential line range, the liquid crystal director rises along the Y direction. By narrowing the gap between the first electrode 11 and the second electrode 12, the width of the electric field generated by these potential differences can be narrowed, so that the rise of the liquid crystal director is made steep and the width of the second portion 30b is narrowed. be able to. The length G1 of the gap between the first electrode 11 and the second electrode is preferably as narrow as possible. For example, the gap G1 is made smaller than the thickness L1 of the liquid crystal layer 30. For example, this gap G1
Is preferably 20 μm or less.

なお、本実施形態においては、1つの第1電極11とこの第1電極11に最も近い1つ
の第2電極12との間隙のX方向に沿った長さG1は一定であるものとする。この長さが
一定でない場合には、例えば長さの平均値をG1とする。また、複数の第1電極11と第
2電極12との間隔のX方向に沿った長さがそれぞれ異なる場合には、例えばその平均値
を長さG1とする。
In the present embodiment, the length G1 along the X direction of the gap between one first electrode 11 and one second electrode 12 closest to the first electrode 11 is assumed to be constant. When this length is not constant, for example, the average value of the length is set to G1. Moreover, when the lengths along the X direction of the intervals between the plurality of first electrodes 11 and the second electrodes 12 are different from each other, for example, an average value thereof is set as a length G1.

液晶層30の厚さは、第1基板部10uと第2基板部20uとの距離である。例えば第
1基板部10uと第2基板部20uそれぞれが配向膜を有している場合には、それぞれの
配向膜の距離を液晶層30の厚さとする。
The thickness of the liquid crystal layer 30 is the distance between the first substrate unit 10u and the second substrate unit 20u. For example, when each of the first substrate unit 10 u and the second substrate unit 20 u has an alignment film, the distance between the alignment films is the thickness of the liquid crystal layer 30.

(第2の実施形態)
第1の実施形態と同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。図6は、第2
の実施形態に係る画像表示装置を示す模式的断面図とその部分拡大図である。本実施形態
においては、画像表示装置212の液晶光学装置112は、液晶光学素子102を有する
。この液晶光学素子102は、第2基板部20uが第5電極15をさらに備える。
(Second Embodiment)
The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. FIG. 6 shows the second
It is a typical sectional view showing the image display device concerning this embodiment, and its partial enlarged view. In the present embodiment, the liquid crystal optical device 112 of the image display device 212 includes the liquid crystal optical element 102. In the liquid crystal optical element 102, the second substrate unit 20 u further includes a fifth electrode 15.

第5電極15は、第2基板20と液晶層30との間に設けられる。第5電極15は、第
3電極13と第4電極14の間に設けられる。一対の第4電極14の間に一対の第5電極
が設けられる。
The fifth electrode 15 is provided between the second substrate 20 and the liquid crystal layer 30. The fifth electrode 15 is provided between the third electrode 13 and the fourth electrode 14. A pair of fifth electrodes is provided between the pair of fourth electrodes 14.

第1主面10aに投影された第3電極13と第5電極15との間隙に、第1電極11と
第2電極とを結ぶX方向に沿った線分の第2中点M2は位置する。
The second middle point M2 of the line segment along the X direction connecting the first electrode 11 and the second electrode is located in the gap between the third electrode 13 and the fifth electrode 15 projected onto the first major surface 10a. .

第3電極13と第5電極15の配置について説明する。第2電極12と第3電極13は
、第1部分30aを形成するために強いカップリング作用を生じることが好ましい。その
ためには、第3電極13は第1電極11とカップリング作用を生じにくいことが好ましい
。従って、第3電極13は、第1主面10aに投影された場合に第1中点M1と重ならな
いように配置する。すなわち、XZ平面において、第3電極13は、第1中点M1を通り
Z方向に平行な線の第2電極12の中央部12aに近い側に設けられる。
The arrangement of the third electrode 13 and the fifth electrode 15 will be described. It is preferable that the second electrode 12 and the third electrode 13 have a strong coupling action in order to form the first portion 30a. For this purpose, it is preferable that the third electrode 13 hardly causes a coupling action with the first electrode 11. Accordingly, the third electrode 13 is disposed so as not to overlap the first middle point M1 when projected onto the first major surface 10a. That is, in the XZ plane, the third electrode 13 is provided on the side close to the central portion 12a of the second electrode 12 of a line passing through the first middle point M1 and parallel to the Z direction.

一方、第1電極と第5電極15は、第2部分を形成するために強いカップリング作用を生
じることが好ましい。そのために、第5電極15は、第1主面10aに投影された場合に
第1中点M1と重ならないように配置する。すなわち、XZ平面において、第5電極15
は、第1中点M1を通りZ方向に平行な線の第1電極11に近い側に設けられる。
On the other hand, it is preferable that the first electrode and the fifth electrode 15 have a strong coupling action in order to form the second portion. For this purpose, the fifth electrode 15 is disposed so as not to overlap the first middle point M1 when projected onto the first major surface 10a. That is, in the XZ plane, the fifth electrode 15
Is provided on the side close to the first electrode 11 of a line passing through the first middle point M1 and parallel to the Z direction.

第1の実施形態のように第5電極15を設けない液晶光学装置111においては、液晶
層30の材料や各電極に印加する電圧値によって、液晶層30に理想的な屈折率分布を形
成し難い場合がある。液晶層30の材料に依っては、特に液晶層30の第2部分30bに
おいて屈折率分布に乱れが生じやすい場合がある。しかしながら、第5電極15が設けら
れる場合には、第3電極13と第4電極14の間に生じる電位分布を調節することができ
るため、より理想的な屈折率分布31を形成することができる。
In the liquid crystal optical device 111 in which the fifth electrode 15 is not provided as in the first embodiment, an ideal refractive index distribution is formed in the liquid crystal layer 30 depending on the material of the liquid crystal layer 30 and the voltage value applied to each electrode. It may be difficult. Depending on the material of the liquid crystal layer 30, the refractive index distribution may be easily disturbed particularly in the second portion 30 b of the liquid crystal layer 30. However, when the fifth electrode 15 is provided, the potential distribution generated between the third electrode 13 and the fourth electrode 14 can be adjusted, so that a more ideal refractive index distribution 31 can be formed. .

従って、本実施形態によると、高い表示品位の液晶光学装置112および画像表示装置
212を提供することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the liquid crystal optical device 112 and the image display device 212 with high display quality.

例えば、X方向に沿った第2電極12の幅W2は、X方向に沿った第5電極15の幅W5
より大きくすることができる。例えば、X方向に沿った第3電極13の幅W3は、X方向
に沿った第5電極15の幅W5以下とすることができる。第5電極15は、第1電極11
〜第4電極14と同様の材料を用いることができる。第5電極15の幅は、例えば10μ
m以上30μm以下とする。第3電極13と第5電極15の間隙は、例えば10μm以上
20μm以下とする。第4電極14と第5電極15の間隙は、例えば20μm以上70μ
m以下とする。第4電極14と第5電極15の間隙は、第3部分30cにおける理想的な
屈折率分布(曲率)に合わせて設定する。例えば、第3電極13と第5電極との間隙は、
狭い方がよい。
For example, the width W2 of the second electrode 12 along the X direction is equal to the width W5 of the fifth electrode 15 along the X direction.
Can be larger. For example, the width W3 of the third electrode 13 along the X direction can be equal to or less than the width W5 of the fifth electrode 15 along the X direction. The fifth electrode 15 is the first electrode 11.
A material similar to that of the fourth electrode 14 can be used. The width of the fifth electrode 15 is, for example, 10 μm
m to 30 μm. The gap between the third electrode 13 and the fifth electrode 15 is, for example, not less than 10 μm and not more than 20 μm. The gap between the fourth electrode 14 and the fifth electrode 15 is, for example, 20 μm or more and 70 μm.
m or less. The gap between the fourth electrode 14 and the fifth electrode 15 is set in accordance with an ideal refractive index distribution (curvature) in the third portion 30c. For example, the gap between the third electrode 13 and the fifth electrode is
Narrower is better.

制御部77は第5電極に第5電圧V5を印加する。   The controller 77 applies the fifth voltage V5 to the fifth electrode.

第1電圧V1と第2電圧V2と第3電圧V3と第5電圧V5は、以下の関係を満たすこ
とが好ましい。
The first voltage V1, the second voltage V2, the third voltage V3, and the fifth voltage V5 preferably satisfy the following relationship.

第3電極13および第5電極15が設けられた第2基板20上の範囲には、第3電圧V
3と第5電圧V5の平均電圧VAが印加されたものと見做すことができる。式5のように
、第2電圧V2と平均電圧VAとの電位差を大きくすることにより、液晶ダイレクタを立
ち上げることができ、第1部分30aと第2部分30bとの間の屈折率分布の谷が形成さ
れる。第1電極11と平均電圧VAとの電位差を小さくすることにより、液晶ダイレクタ
を立ち上がりにくくし第2部分30bと第3部分30cとの間の屈折率の山が形成される
The range on the second substrate 20 on which the third electrode 13 and the fifth electrode 15 are provided has a third voltage V
3 and the average voltage VA of the fifth voltage V5 can be considered applied. As shown in Equation 5, the liquid crystal director can be started up by increasing the potential difference between the second voltage V2 and the average voltage VA, and the valley of the refractive index distribution between the first portion 30a and the second portion 30b can be increased. Is formed. By reducing the potential difference between the first electrode 11 and the average voltage VA, it is difficult for the liquid crystal director to rise, and a peak of refractive index is formed between the second portion 30b and the third portion 30c.

例えば第1電圧V1は第2電圧V2よりも低く、平均電圧VAは第1電圧V1よりも低
く、かつ式5を満たすように、それぞれの電圧値を設定することができる。平均電圧VA
と第2電圧V2の電位差の絶対値は、液晶層30のしきい値電圧Vth以上が好ましい。
平均電圧VAと第1電圧V1の電位差の絶対値は、液晶層30のしきい値電圧Vth以下
が好ましい。
For example, the first voltage V1 is lower than the second voltage V2, the average voltage VA is lower than the first voltage V1, and the respective voltage values can be set so as to satisfy Expression 5. Average voltage VA
The absolute value of the potential difference between the first voltage V2 and the second voltage V2 is preferably equal to or higher than the threshold voltage Vth of the liquid crystal layer 30.
The absolute value of the potential difference between the average voltage VA and the first voltage V1 is preferably equal to or lower than the threshold voltage Vth of the liquid crystal layer 30.

第1電圧V1と第2電圧V2と第3電圧V3と第5電圧V5は、式5に加えて以下の関
係を満たすことが好ましい。
The first voltage V1, the second voltage V2, the third voltage V3, and the fifth voltage V5 preferably satisfy the following relationship in addition to Equation 5.

第2電極12と、第3電極13の第2電極12と近い部分と、の間においては、第2電
圧V2と第3電圧V3とによる電界が生じる。また、第1電極11と、第5電極15の第
1電極11と近い部分と、の間においては、第1電圧V1と第5電圧V5とによる電界が
生じる。式6を満たす場合には、より理想に近い屈折率分布を得ることができる。第1電
圧V1と第5電圧V5の差は、0に近いのが好ましい。
An electric field caused by the second voltage V2 and the third voltage V3 is generated between the second electrode 12 and a portion of the third electrode 13 close to the second electrode 12. In addition, an electric field is generated by the first voltage V1 and the fifth voltage V5 between the first electrode 11 and the portion of the fifth electrode 15 close to the first electrode 11. When Expression 6 is satisfied, a refractive index distribution closer to ideal can be obtained. The difference between the first voltage V1 and the fifth voltage V5 is preferably close to zero.

第1電圧V1と第2電圧V2と第3電圧V3と第5電圧V5は、以下の第2の関係を満
たすことが好ましい。
The first voltage V1, the second voltage V2, the third voltage V3, and the fifth voltage V5 preferably satisfy the following second relationship.

このように各電圧を設定すると、第1基板部10u側と第2基板部20u側でX方向に
沿った電位の高低関係が逆になる。例えば、液晶層30は、第1基板部10u付近では、
第1電極11側の方が第2電極12側よりも電位が高いのに対して、第2基板部20u付
近では第3電極13側の方が第5電極15側よりも電位が高い。これにより、液晶層30
の第2部分30bと第3部分30cとの間に、屈折率の極大値が形成されやすくなる。従
って、より理想に近い屈折率分布を得ることができる。
When each voltage is set in this manner, the potential relationship along the X direction on the first substrate unit 10u side and the second substrate unit 20u side is reversed. For example, the liquid crystal layer 30 is near the first substrate unit 10u.
The potential on the first electrode 11 side is higher than that on the second electrode 12 side, whereas the potential on the third electrode 13 side is higher than that on the fifth electrode 15 side in the vicinity of the second substrate portion 20u. Thus, the liquid crystal layer 30
A maximum value of the refractive index is easily formed between the second portion 30b and the third portion 30c. Therefore, it is possible to obtain a refractive index profile that is closer to the ideal.

(第3の実施形態)
第2の実施形態と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。図7は、第3の実
施形態に係る屈折率分布型液晶光学装置を示す模式的断面図である。本実施形態において
は、画像表示装置213の液晶光学装置113は、液晶光学素子103を有する。この液
晶光学素子103は、第1基板部10uが第9電極19をさらに備える。
(Third embodiment)
The same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a gradient index liquid crystal optical device according to the third embodiment. In the present embodiment, the liquid crystal optical device 113 of the image display device 213 includes the liquid crystal optical element 103. In the liquid crystal optical element 103, the first substrate unit 10 u further includes a ninth electrode 19.

なお、本実施形態においては、第2基板部20uは第2の実施形態と同じとするが、第
5電極15は設けられていなくても良い。
In the present embodiment, the second substrate unit 20u is the same as that in the second embodiment, but the fifth electrode 15 may not be provided.

第9電極19は、第1基板10と液晶層30の間に設けられている。第9電極19は、
第1電極11と第2電極12の間に設けられる。一対の第9電極19の間に第2電極12
が設けられる。第5電極15を設ける場合には、第5電極15の少なくとも一部と第9電
極19の少なくとも一部は対向する。すなわち、第5電極15を第1主面10aに投影す
ると、第9電極19の少なくとも一部と重なる。
The ninth electrode 19 is provided between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30. The ninth electrode 19 is
Provided between the first electrode 11 and the second electrode 12. The second electrode 12 is interposed between the pair of ninth electrodes 19.
Is provided. When the fifth electrode 15 is provided, at least a part of the fifth electrode 15 and at least a part of the ninth electrode 19 face each other. That is, when the fifth electrode 15 is projected onto the first major surface 10 a, it overlaps at least a part of the ninth electrode 19.

第9電極19が設けられる場合には、第1電極11と第2電極12の間に生じる電位分
布を調節することができるため、より理想的な屈折率分布31を形成することができる。
In the case where the ninth electrode 19 is provided, the potential distribution generated between the first electrode 11 and the second electrode 12 can be adjusted, so that a more ideal refractive index distribution 31 can be formed.

従って、本実施形態によると、高い表示品位の液晶光学装置113および画像表示装置
213を提供することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the liquid crystal optical device 113 and the image display device 213 with high display quality.

本実施形態においては、各電圧は以下の関係を満たすことが好ましい。
In the present embodiment, each voltage preferably satisfies the following relationship.

各電圧がこのような関係にある場合には、第2部分30bの幅を狭くすることができる
。また、第3部分30cの屈折率を第1部分30aから遠いほど低くすることができる。
When each voltage has such a relationship, the width of the second portion 30b can be reduced. Further, the refractive index of the third portion 30c can be lowered as the distance from the first portion 30a increases.

図8は、第3の実施形態に係る各電極の例を示す模式的斜視図である。 隣り合う第1
電極11同士、隣り合う第2電極12同士、隣り合う第3電極13同士、隣り合う第4電
極14同士は、隣り合う第5電極15同士、隣り合う第9電極19同士は、接続部414
〜419によって接続されている。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing an example of each electrode according to the third embodiment. Adjacent first
The electrodes 11, the adjacent second electrodes 12, the adjacent third electrodes 13, the adjacent fourth electrodes 14, the adjacent fifth electrodes 15, and the adjacent ninth electrodes 19 are connected 414.
˜419.

接続された2つの第1電極11の群はY方向に並んでいる。接続された2つの第2電極
12の群はY方向に並んでいる。接続された2つの第5電極15の群はY方向に並んでい
る。接続された2つの第9電極19の群はY方向に並んでいる。一方、接続された第3電
極13の群はX方向に並んでいる。接続された第4電極14の群はX方向に並んでいる。
A group of two connected first electrodes 11 are arranged in the Y direction. A group of two connected second electrodes 12 are arranged in the Y direction. A group of two connected fifth electrodes 15 are arranged in the Y direction. A group of two connected ninth electrodes 19 are arranged in the Y direction. On the other hand, the group of connected third electrodes 13 is arranged in the X direction. The group of connected fourth electrodes 14 is arranged in the X direction.

制御部77は、これらの電極それぞれに2種類の電圧値を与えることができる。例えば
、制御部77は、第1電極11に第1高電圧V1Hと第1低電圧V1Lを与えることがで
きる。例えば、制御部77は、第2電極12に第2高電圧V2Hと第2低電圧V2Lを与
えることができる。例えば、制御部77は、第3電極13に第3高電圧V3Hと第3低電
圧V3Lを与えることができる。例えば、制御部77は、第4電極14に第4高電圧V4
Hと第4低電圧V4Lを与えることができる。例えば、制御部77は、第5電極15に第
5高電圧V5Hと第5低電圧V5Lを与えることができる。例えば、制御部77は、第9
電極19に第9高電圧V9Hと第9低電圧V9Lを与えることができる。制御部が各電極
に与える電圧を切り替えることに依り、画像表示装置は部分的に3D表示を行ったり2D
表示を行ったりすることができる。すなわち、XY平面に平行な一主面に沿って配置され
た第1領域R1〜第4領域R4それぞれにおいて3D表示また2D表示を行うことができ
る。
The controller 77 can give two types of voltage values to each of these electrodes. For example, the control unit 77 can apply the first high voltage V1H and the first low voltage V1L to the first electrode 11. For example, the controller 77 can apply the second high voltage V2H and the second low voltage V2L to the second electrode 12. For example, the control unit 77 can apply the third high voltage V3H and the third low voltage V3L to the third electrode 13. For example, the control unit 77 applies the fourth high voltage V4 to the fourth electrode 14.
H and the fourth low voltage V4L can be applied. For example, the control unit 77 can apply the fifth high voltage V5H and the fifth low voltage V5L to the fifth electrode 15. For example, the control unit 77
A ninth high voltage V9H and a ninth low voltage V9L can be applied to the electrode 19. By switching the voltage applied to each electrode by the control unit, the image display device performs a 3D display or a 2D display.
Display. That is, 3D display or 2D display can be performed in each of the first region R1 to the fourth region R4 arranged along one main surface parallel to the XY plane.

例えば1つの領域において、第1電極11、第2電極12、第5電極15および第9電
極19を低電圧とし、第3電極と第4電極を高電圧とし、上記式8〜10の関係が満たさ
れる場合、この領域において3D表示を行うことができる。この場合、具体的には、式1
1、12の関係が成り立つ。
For example, in one region, the first electrode 11, the second electrode 12, the fifth electrode 15, and the ninth electrode 19 are set to a low voltage, the third electrode and the fourth electrode are set to a high voltage, If so, 3D display can be performed in this area. In this case, specifically, Equation 1
The relationship of 1 and 12 is established.

一方で、第1電極11、第2電極12、第5電極15および第9電極19を高電圧とし
、第3電極と第4電極を高電圧とすると、2D表示(第1の2D表示)を行うことができ
る。例えば、各電極の電圧を以下の関係が成り立つようにする。
On the other hand, when the first electrode 11, the second electrode 12, the fifth electrode 15, and the ninth electrode 19 are set to a high voltage, and the third electrode and the fourth electrode are set to a high voltage, 2D display (first 2D display) is performed. It can be carried out. For example, the voltage of each electrode is set to satisfy the following relationship.

第1電極11、第2電極12、第5電極15および第9電極19を低電圧とし、第3電
極と第4電極を低電圧とすると、2D表示(第2の2D表示)を行うことができる。例え
ば、各電極の電圧を以下の関係が成り立つようにする。
When the first electrode 11, the second electrode 12, the fifth electrode 15, and the ninth electrode 19 are set to a low voltage and the third electrode and the fourth electrode are set to a low voltage, 2D display (second 2D display) can be performed. it can. For example, the voltage of each electrode is set to satisfy the following relationship.

第1電極11、第2電極12、第5電極15および第9電極19を高電圧とし、第3電
極と第4電極を低電圧とすると、2D表示(第3の2D表示)を行うことができる。例え
ば、各電極の電圧を以下の関係が成り立つようにする。
When the first electrode 11, the second electrode 12, the fifth electrode 15, and the ninth electrode 19 are set to a high voltage and the third electrode and the fourth electrode are set to a low voltage, 2D display (third 2D display) can be performed. it can. For example, the voltage of each electrode is set to satisfy the following relationship.

2D表示の場合には、液晶層30に屈折率分布は生じない。  In the case of 2D display, no refractive index distribution occurs in the liquid crystal layer 30.

(第4の実施形態)
第3の実施形態と同じ構成には同じ符号を付して、説明を省略する。図9は、第4の実
施形態に係る屈折率分布型液晶光学装置を示す模式的断面図である。本実施形態において
は、画像表示装置214の液晶光学装置114は、液晶光学素子104を有する。この液
晶光学素子104は、第2基板部20uが第10電極310と第11電極311とをさら
に備える。
(Fourth embodiment)
The same components as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a gradient index liquid crystal optical device according to the fourth embodiment. In the present embodiment, the liquid crystal optical device 114 of the image display device 214 includes the liquid crystal optical element 104. In the liquid crystal optical element 104, the second substrate unit 20 u further includes a tenth electrode 310 and an eleventh electrode 311.

第10電極310と第11電極311とは、第1基板10と液晶層30の間に設けられ
ている。第10電極310は、第4電極14と第5電極15の間に設けられる。第11電
極311は、第10電極310と第4電極14との間に設けられる。一対の第4電極14
の間に、一対の第10電極310および第11電極311が設けられる。
The tenth electrode 310 and the eleventh electrode 311 are provided between the first substrate 10 and the liquid crystal layer 30. The tenth electrode 310 is provided between the fourth electrode 14 and the fifth electrode 15. The eleventh electrode 311 is provided between the tenth electrode 310 and the fourth electrode 14. A pair of fourth electrodes 14
A pair of tenth electrode 310 and eleventh electrode 311 are provided between the two electrodes.

本実施形態においては、屈折率分布32は、第2電極12の中央部12bと対向する第
1部分32aと、第4電極14と対向する第5部分32eと、第1部分32aと第5部分
32eとの間に位置する第2部分32bと、第2部分32bと第5部分32eとの間に位
置する第3部分32cと、第3部分32cと第5部分32eとの間に位置する第4部分3
2dと、を有する。第2部分32bと第4部分32dとは、第1部分32aに近いほど屈
折率が減少する部分である。第3部分32cと第5部分32eとは、第1部分32aに近
いほど屈折率が増加する部分である。
In the present embodiment, the refractive index profile 32 includes a first portion 32a that faces the central portion 12b of the second electrode 12, a fifth portion 32e that faces the fourth electrode 14, a first portion 32a, and a fifth portion. The second portion 32b positioned between the second portion 32b, the third portion 32c positioned between the second portion 32b and the fifth portion 32e, and the third portion 32c positioned between the third portion 32c and the fifth portion 32e. 4 parts 3
2d. The second portion 32b and the fourth portion 32d are portions where the refractive index decreases as the distance from the first portion 32a increases. The third portion 32c and the fifth portion 32e are portions where the refractive index increases as it is closer to the first portion 32a.

すなわち、第1〜第3の実施形態においては2段のフレネルレンズが形成されていたが
、本実施形態においては3段のフレネルレンズを形成されている。
That is, in the first to third embodiments, a two-stage Fresnel lens is formed, but in the present embodiment, a three-stage Fresnel lens is formed.

第10電極310と第11電極311が設けられる場合には、第4電極14と第5電極
15の間に生じる電位分布を調節することによって、屈折率分布の山の数を増やすことが
できる。従って、屈折力の大きなフレネルレンズの機能を得ることができる。
When the tenth electrode 310 and the eleventh electrode 311 are provided, the number of peaks in the refractive index distribution can be increased by adjusting the potential distribution generated between the fourth electrode 14 and the fifth electrode 15. Accordingly, the function of a Fresnel lens having a large refractive power can be obtained.

本実施形態においても、理想的な屈折率分布32を形成することができる。従って、本
実施形態によると、高い表示品位の液晶光学装置114および画像表示装置214を提供
することができる。
Also in this embodiment, an ideal refractive index profile 32 can be formed. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the liquid crystal optical device 114 and the image display device 214 with high display quality.

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけ
ではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実
質的に平行であれば良い。
In the present specification, “vertical” and “parallel” include not only strictly vertical and strictly parallel, but also include, for example, variations in the manufacturing process, and may be substantially vertical and substantially parallel. It ’s fine.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は
、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、画像表示装置に含まれる液晶光学
素子、第1基板部、第2基板部、液晶層、第1基板、第2基板、各電極、縁層、制御部、
表示部及び表示駆動部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から
適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本
発明の範囲に包含される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, a liquid crystal optical element included in the image display device, a first substrate unit, a second substrate unit, a liquid crystal layer, a first substrate, a second substrate, each electrode, an edge layer, a control unit,
As for the specific configuration of each element such as the display unit and the display driving unit, the present invention is similarly implemented by appropriately selecting from a well-known range by those skilled in the art, so long as the same effect can be obtained. It is included in the range.

また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも
、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.

その他、本発明の実施の形態として上述した画像表示装置を基にして、当業者が適宜設
計変更して実施し得る全ての画像表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範
囲に属する。
In addition, any image display device that can be implemented by a person skilled in the art based on the above-described image display device as an embodiment of the present invention also includes the scope of the present invention as long as it includes the gist of the present invention. Belonging to.

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想
到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了
解される。
In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その
他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の
省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や
要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…第1基板、
10a…第1主面、
10u…第1基板部、
11…第1電極、
12…第2電極、
12a…第2電極の端部、
12b…第2電極の中央部
13…第3電極、
14…第4電極、
15…第5電極、
16…第6電極、
17…第7電極、
18…第8電極、
19…第9電極、
310…第10電極
311…第11電極
20…第2基板、
20a…第2主面、
20u…第2基板部、
30…液晶層、
31、32…屈折率分布、
77…制御部
80…表示素子
87…表示駆動部
101、102、103、104…液晶光学素子
111、112、113、114…液晶光学装置
211、212、213、214…画像表示装置
10 ... 1st board | substrate,
10a ... 1st main surface,
10u ... 1st substrate part,
11 ... 1st electrode,
12 ... second electrode,
12a ... the end of the second electrode,
12b ... the center of the second electrode 13 ... the third electrode,
14 ... Fourth electrode,
15 ... fifth electrode,
16 ... Sixth electrode,
17 ... seventh electrode,
18 ... 8th electrode,
19 ... ninth electrode,
310 ... 10th electrode 311 ... 11th electrode 20 ... 2nd board | substrate,
20a ... the second main surface,
20u ... second substrate part,
30 ... Liquid crystal layer,
31, 32 ... refractive index distribution,
77 ... Control unit 80 ... Display element 87 ... Display drive unit 101, 102, 103, 104 ... Liquid crystal optical element 111, 112, 113, 114 ... Liquid crystal optical device 211, 212, 213, 214 ... Image display device

Claims (8)

主面を有する第1基板と、
第2基板と、
前記第1基板の前記主面と前記第2基板の間に設けられた液晶層と、
前記第1基板の前記主面と前記液晶層との間に設けられ、前記主面に平行な第1方向
に並べられた複数の第1電極と、
前記1基板の前記主面と前記液晶層との間に設けられ、前記複数の第1電極の間に配
置され、それぞれが一対の端部と前記一対の端部の間に設けられた中央部とを有する、複
数の第2電極と、
前記第2基板と前記液晶層との間に設けられた複数対の第3電極と、
前記第2基板と前記液晶層との間に設けられ、前記第1方向において前記複数対の第
3電極と並ぶ複数対の第4電極と、
を備える光学素子と、
前記複数の第1電極に第1電圧を印加し、前記複数の第2電極に第2電圧を印加し、前
記複数対の第3電極に第3電圧を印加し、前記複数対の第4電極に第4電圧を印加する制
御部と、
を備え、
一対の前記第3電極は一対の前記第4電極の間に設けられ、
前記第4電極を前記主面に投影したときに前記第4電極は前記第1方向における前記第
1電極の幅の第1中点と重なり、
前記複数の第2電極と前記複数対の第3電極とを前記主面に投影したときに一対の前記
第3電極それぞれは一の前記第2電極が有する前記一対の端部それぞれと重なり、
前記第1電圧V1と前記第2電圧V2と前記第3電圧V3と前記第4電圧V4は、
の関係にある、屈折率分布型液晶光学装置。
A first substrate having a main surface;
A second substrate;
A liquid crystal layer provided between the main surface of the first substrate and the second substrate;
A plurality of first electrodes provided between the main surface of the first substrate and the liquid crystal layer and arranged in a first direction parallel to the main surface;
A central portion provided between the main surface of the one substrate and the liquid crystal layer, disposed between the plurality of first electrodes, each provided between a pair of end portions and the pair of end portions. A plurality of second electrodes,
A plurality of pairs of third electrodes provided between the second substrate and the liquid crystal layer;
A plurality of pairs of fourth electrodes provided between the second substrate and the liquid crystal layer and aligned with the plurality of pairs of third electrodes in the first direction;
An optical element comprising:
A first voltage is applied to the plurality of first electrodes, a second voltage is applied to the plurality of second electrodes, a third voltage is applied to the plurality of pairs of third electrodes, and the plurality of pairs of fourth electrodes A control unit for applying a fourth voltage to
With
The pair of third electrodes is provided between the pair of fourth electrodes,
When the fourth electrode is projected onto the main surface, the fourth electrode overlaps a first midpoint of the width of the first electrode in the first direction;
When the plurality of second electrodes and the plurality of pairs of third electrodes are projected onto the main surface, each of the pair of third electrodes overlaps each of the pair of end portions of the one second electrode,
The first voltage V1, the second voltage V2, the third voltage V3, and the fourth voltage V4 are:
A gradient index liquid crystal optical device having the relationship
前記第1電極と該第1電極に最も近い前記第2電極との間隙の第1方向に沿った長さは
、前記主面に垂直な第2方向における前記液晶層の厚さ以下である、請求項1に記載の屈
折率分布型液晶光学装置。
The length along the first direction of the gap between the first electrode and the second electrode closest to the first electrode is equal to or less than the thickness of the liquid crystal layer in the second direction perpendicular to the main surface. The gradient index liquid crystal optical device according to claim 1.
前記第1方向に沿った前記第2電極の幅は、前記主面に垂直な第2方向における前記液
晶層の厚さ以上である、請求項1または2に記載の屈折率分布型液晶光学装置。
3. The gradient index liquid crystal optical device according to claim 1, wherein a width of the second electrode along the first direction is equal to or greater than a thickness of the liquid crystal layer in a second direction perpendicular to the main surface. .
前記第1電圧は前記第2電圧よりも大きく、前記第3電圧は前記第1電圧以上である、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の屈折率分布型液晶光学装置。
The first voltage is greater than the second voltage, and the third voltage is greater than or equal to the first voltage;
The gradient index liquid crystal optical device according to any one of claims 1 to 3.
前記第2基板と前記液晶層との間に設けられ、前記第3電極と前記第4電極の間に設け
られた第5電極をさらに有し、
前記主面に投影された前記第3電極と前記第5電極との間隙に、前記第1電極と前記第
2電極とを結ぶ前記第1方向に沿った線分の第2中点は位置する、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の屈折率分布型液晶光学装置。
A fifth electrode provided between the second substrate and the liquid crystal layer, and provided between the third electrode and the fourth electrode;
The second midpoint of the line segment along the first direction connecting the first electrode and the second electrode is located in the gap between the third electrode and the fifth electrode projected onto the main surface. ,
The gradient index liquid crystal optical device according to claim 1.
前記制御部は前記第5電極に第5電圧を印加し、
前記第1電圧V1と前記第2電圧V2と前記第3電圧V3と前記第5電圧V5は、
であり、
の関係を満たす、請求項5に記載の屈折率分布型液晶光学装置。
The controller applies a fifth voltage to the fifth electrode;
The first voltage V1, the second voltage V2, the third voltage V3, and the fifth voltage V5 are:
And
The gradient index liquid crystal optical device according to claim 5, satisfying the relationship:
前記制御部は前記第5電極に第5電圧を印加し、
前記第1電圧V1と前記第2電圧V2と前記第3電圧V3と前記第5電圧V5は、
である、請求項5または6に記載の屈折率分布型液晶光学装置。
The controller applies a fifth voltage to the fifth electrode;
The first voltage V1, the second voltage V2, the third voltage V3, and the fifth voltage V5 are:
The gradient index liquid crystal optical device according to claim 5 or 6.
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の屈折率分布型光学装置と、
表示素子と、
を備えた画像表示装置。
A gradient index optical device according to any one of claims 1 to 7,
A display element;
An image display device comprising:
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